Stage de M1 sur la matière organique des météorites primitives à l'IPAG

Origine et abondance des éléments volatils (CHONS) dans la matière organique des météorites primitives

Date et durée : 6 à 8 semaines, deuxième semestre 2023, dates flexibles
Laboratoire(s) de rattachement : IPAG, équipe PLANETO
Encadrant(s) : Lionel Vacher, Laurène Flandinet
Co-encadrant(s) : Olivier Poch et Lydie Bonal
Contact(s) : lionel.vacher@univ-grenoble-alpes.fr, laurene.flandinet@univ-grenoble-alpes.fr, olivier.poch@univ-grenoble-alpes.fr
Lieu : IPAG, Grenoble
Niveau de formation & prérequis : stage de Master 1
Mots clés : éléments volatils, météorite, matière organique insoluble, déminéralisation, chimie, géochimie

Contexte scientifique : Les éléments volatils tels que l’azote (N), le carbone (C), l’hydrogène (H), l’oxygène (O) et le soufre (S) jouent un rôle essentiel dans l’accrétion des planétésimaux et des planètes, et régissent les conditions initiales de formation des atmosphères planétaires. Les abondances et les compositions isotopiques de ces éléments dans la matière primitive du système solaire (les chondrites) peuvent nous renseigner sur comment et quand ces éléments ont été incorporés dans les planétésimaux et les planètes, par quels objets, et sous quelles formes/phases.

Dans les chondrites, ces éléments sont principalement portés par la matière organique soluble (SOM « soluble organic matter ») et insoluble (IOM « insoluble organic matter ») localisées la matrice à grains fins de ces météorites. Dans la matrice, ces matières organiques sont intimement associées à très petite échelle (< µm) aux minéraux, en particulier les minéraux hydratés (e.g. argiles). Pour connaître l’origine et l’évolution de ces différentes phases porteuses d’éléments volatils, il faut pouvoir les analyser séparément, or il n’est pas possible de séparer mécaniquement les minéraux hydratés de l’IOM par exemple.

C’est pourquoi, des protocoles chimiques de déminéralisation ont été développés dans le but de dissoudre la plupart des minéraux des chondrites et de récupérer uniquement les phases les plus réfractaires, essentiellement l’IOM. Néanmoins, un des problèmes majeurs engendrés par cette technique est que l’IOM extraite est en partie modifiée chimiquement et isotopiquement lors du protocole de déminéralisation. De plus, il est observé que des minéraux résiduels (dont des sulfures) subsistent dans le résidu final, faussant ainsi les compositions élémentaires et isotopiques mesurées de l’IOM, et donc notre connaissance de la répartition des éléments dans différentes phases porteuses.

Résultats préliminaires : nous avons soumis quelques chondrites à deux protocoles différents de déminéralisation (dits « HF/HCl » et « CsF/HF ») et avons caractérisé les IOMs obtenues par spectroscopie Infrarouge (IR). Les comparaisons ont révélé des différences non négligeables, notamment au niveau des abondances des groupes alkyls et carbonyls. De plus, il est à noter que le protocole « HF/HCl » est appliqué sous atmosphère inerte (Ar/N2), contrairement au protocole « CsF/HF » (sous air). L’oxydation potentielle de la matière organique est à évaluer.

Objectif du stage : définir le protocole chimique de déminéralisation le plus adapté pour différents groupes de chondrites (carbonées vs. non-carbonées), pouvant induire potentiellement des modifications chimiques de l’IOM, mais qui seraient connues et contrôlées.

Méthode : nous envisageons de suivre les compositions élémentaires et isotopiques des solides résiduels extraits d’échantillons de chondrites carbonées et non-carbonées (IOM + SOM et minéraux en quantité variable) à chaque étape intermédiaire du protocole chimique par analyse IRMS. De même, l’évolution chimique et structurale des solides résiduels sera suivie par des spectroscopies IR, Raman et microscopie électronique à balayage (MEB). Pour évaluer comment l’IOM et la SOM sont affectées par les différents protocoles d’extractions, plusieurs protocoles seront testés (HF/HCl et CsF/HF, ainsi que des protocoles hybrides avec des durées et des concentrations variables) afin de comprendre l’influence des différents paramètres des protocoles sur la qualité de l’extraction de l’IOM.

Profil requis : cette offre de stage M1 est à la frontière entre la chimie et la cosmochimie. Le candidat choisi devra avoir des compétences en chimie et géochimie, ainsi qu’un fort intérêt pour les sciences planétaires.